2011年春天，加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna前往波多黎各參加當年的美國微生物學會年會。會議第二天下午她與好友John van der Oost 一起去一家咖啡廳喝咖啡，而正是在那里她遇見了一位穿著時尚的女科學家Emmanuelle Charpentier。詹妮弗大概怎么也不會想到，正是這一次相逢，改變了她的整個職業(yè)生涯。
詹妮弗第一次聽到CRISPR這個詞是2006年的時候。在與Jill Banfield教授的一次商議學術合作的通話中，Jennifer 聽到一個發(fā)音類似Crisper的東西，Jill并沒有解釋這個詞的含義，甚至連這個單詞怎么拼寫都沒提，她只是說想尋求該方面研究合作。
Jill說CRISPR與RNAi之間可能存在著某種共性，而Jennifer課題組當時主要的研究領域正是RNAi。Jennifer也非常爽快的答應她下周在學校圖書館旁邊的咖啡廳見面商議合作的事宜。
當天Jennifer來到那家咖啡廳的時候Jill早已在那里等候。她面前放著一個筆記本和幾篇論文。簡單的閑聊后她便開始在筆記本上畫起了草圖。
CRISPR序列. Source: Jennifer Doudna
這串由菱形和正方形構成的區(qū)域便是CRISPR了。每一個菱形所代表的區(qū)域有著相同的堿基序列，而正方形區(qū)域的序列卻各不相同。Jennifer立即明白了CRISPR（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，常間回文重復序列叢集）的含義。
當Jennifer問Jill該序列的功能時Jill回答：不是很清楚。她同時也說道大概有一半的細菌以及幾乎所有的古細菌基因組中都會存在該序列。很顯然如果該序列如此廣泛，它對細菌和古菌正常功能的維持也一定扮演著非常重要的角色。
接下來Jill拿出那幾篇論文，興奮地為Jennifer總結這幾篇論文所完成的工作。2005年三個獨立課題組均發(fā)現CRISPR重復序列間的間隔序列與某些噬菌體的DNA片段完全匹配，而且CRISPR中與噬菌體DNA片段匹配的數量越多，細菌受噬菌體感染的風險也就越低。
很明顯CRISPR可能是細菌和古細菌的免疫系統(tǒng)的重要組分，用以防御噬菌體的侵入。最后，Jill給Jennifer看了Kira Makarova 和 Eugene Koonin等人發(fā)表的最新的一篇文章，該文章也提出了CRISPR的適應性免疫功能的假設。
很長一段時間內，Jennifer一直從事RNAi功能的研究，而現在看來CRISPR有著與RNAi相似的功能。對于Jennifer來說，CRISPR這一研究課題的誘惑力實在是太大了。并且她認為當時的時點對于她來說也非常有利：雖然已經有人提出了關于CRISPR功能的理論，但并沒有人能夠完全驗證并且解析完整的作用機制，而她作為資深的分子生物學家做這方面的工作自然是得心應手。
但Jennifer一時卻難以找到合適的人來做這方面的研究。Blake Wiedenheft的適時出現解決了她的難題。當時Blake正申請前往Jennifer課題組做博士后研究工作。當Jennifer問及他感興趣的研究方向時，Blacke回了一句：你聽說過CRISPR么？大概沒有比Blake更合適的人選了吧。
于是Jennifer組的CRISPR項目就這樣開始了。在Blake剛加入新實驗室不久時，丹麥的生物公司Danisco就已經驗證了CRISPR的功能正是細菌的特異性免疫。隨即Stan Brouns等人報到了RNA在CRISPR系統(tǒng)中的關鍵作用：CRISPR會先整體轉錄為RNA，再由酶剪切為具有單個重復序列/間隔序列的小片段，再與病毒DNA結合。而西北大學的Erik Sontheimer也發(fā)現了CRISPR RNA能夠通過DNA-RNA配對來誘導DNA降解。
Blake和Jennifer在為這些新發(fā)現感到興奮的同時，也認識到仍有太多的基礎問題尚未解決。首先他們需要解析病毒DNA整合進入CRISPR序列以及CRISPR轉錄及RNA片段剪切的過程，其次他們也需要解析CRISPR RNA誘導病毒DNA降解的過程。于是他們將目光擴大到了CRISPR相關基因cas。
Cas基因 來源：Jennifer Doudna
cas基因的發(fā)現對于理解CRISPR功能具有重要貢獻。2002年Jansen首次在公開發(fā)表的文章中使用CRISPR這一名詞，通過生物信息學計算分析了CRISPR序列的特征并鑒定了4個CRISPR相關基因(CRISPR associated system, cas) cas1-4。
cas基因全都與CRISPR基因位點相鄰，提示兩者可能存在功能上的相關性。而且Cas蛋白同時具有螺旋酶和核酸酶結構域，表明他們可能參與DNA代謝以及基因調控過程。
為了研究Cas蛋白的功能，Blake首先通過基因工程技術獲得了大量Cas1蛋白。在得到Cas1蛋白之后他通過一系列的實驗揭示了該蛋白的功能，發(fā)現Cas1蛋白能夠剪切DNA片段以使病毒DNA序列能夠嵌入到CRISPR序列中。
此時，Rachel Haurwitz也加入了該項研究，并參與了Cas 6的研究，確定了Cas 6的功能為剪切已轉錄的長鏈CRISPR RNA。之后他們解析了越來越多的Cas蛋白功能，但這些蛋白與Cas1或Cas6的蛋白功能都非常相似。
到了2011年，組內的多位老成員也加入了CRISPR戰(zhàn)隊。此時Blake和Jennifer的興趣已經逐漸由剪切CRISPR DNA/RNA的Cas蛋白轉向了剪切病毒DNA序列的Cas蛋白。他們與John組的合作研究卻發(fā)現剪切病毒DNA的過程極其復雜，需要多個Cas蛋白來靶向和剪切病毒DNA：首先CRISPR RNA會與大約10個Cas蛋白形成能夠靶向需要剪切的病毒DNA序列的復合體，緊接著Cas3會剪切目標DNA序列。
之后Jennifer又與其他組合作解析出了識別剪切序列復合體的結構，并確定了堿基配對在識別過程中的重要作用。而立陶宛的一個實驗室也確定了Cas3蛋白的剪切方式：Cas3并不是一次剪切完成，而是將其剪切為數百個DNA片段。
隨著研究的深入，科研人員也逐漸認識到CRISPR系統(tǒng)的極高的多樣性。一般而言CRISPR系統(tǒng)被分為兩大類，六個組，19個亞組。而2011年之前Jennifer組的研究只集中于第一類，對于第二類CRISPR如何剪切DNA的，她卻知之甚少。此時的她進入了研究的瓶頸期。
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